BIM技術(shù)在鋼結(jié)構(gòu)制作中的深化應(yīng)用

根據(jù)美國國家BIM標(biāo)準(zhǔn)(NBIMS)對BIM的定義：BIM技術(shù)是一個設(shè)施(建設(shè)項(xiàng)目)物理和功能特性的數(shù)字表達(dá)；BIM技術(shù)是一個共享的知識資源，是一個分享有關(guān)這個設(shè)施的信息，為該設(shè)施從概念到拆除的全生命周期中的所有決策提供可靠依據(jù)的過程；在項(xiàng)目的不同階段，不同利益相關(guān)方通過在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自職責(zé)的協(xié)同作業(yè)。

簡單說來，BIM技術(shù)就是通過數(shù)字信息來仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息，不僅包含諸如梁、柱、門、窗等三維幾何形狀信息，還包含大量的非幾何形狀信息，如建筑構(gòu)件的材料、重量、價格和進(jìn)度等，這些信息是常見二維CAD和三維CAD所無法提供和展現(xiàn)的。可以說，“BIM不僅僅是一個設(shè)計軟件或一個圖形化的工具，它是一個數(shù)據(jù)管理平臺，是基于三維實(shí)體數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)建筑生命周期中各個階段、各個專業(yè)的各種相關(guān)信息的集成”。

作為建筑行業(yè)中一個重要的分支專業(yè)，鋼結(jié)構(gòu)制作介于建筑設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工安裝之間，起著承上啟下的作用，從理論上看，鋼結(jié)構(gòu)制作又分為計算機(jī)仿真設(shè)計(鋼結(jié)構(gòu)BIM設(shè)計)和車間實(shí)體加工兩個部分。

鋼結(jié)構(gòu)BIM設(shè)計自上世紀(jì)90年代末被引入替代2D-CAD設(shè)計至今已經(jīng)10多年，過去，通常我們稱之為鋼結(jié)構(gòu)三維實(shí)體建模，其作用也通常停留在建模和出圖過程中，設(shè)計人員常常關(guān)注的是建模和出圖過程的效率，但隨著建筑業(yè)BIM概念越來越被推廣、研究和應(yīng)用，鋼結(jié)構(gòu)BIM軟件商也越來越注重輸出信息接口的標(biāo)準(zhǔn)化，一方面足以支撐對建筑BIM的協(xié)同，另一方面BIM模型本身包含的信息在后續(xù)鋼結(jié)構(gòu)制作廠家內(nèi)的管理和制作流程中的完整應(yīng)用也正被充分重視、研究、應(yīng)用和拓展中。本文從鋼結(jié)構(gòu)BIM創(chuàng)建開始，介紹其在鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計和加工制造中的重點(diǎn)應(yīng)用。

 一般情況下，鋼結(jié)構(gòu)制作企業(yè)在接到訂單后的第一要務(wù)就是通過3D實(shí)體建模進(jìn)行深化設(shè)計。鋼結(jié)構(gòu)BIM三維實(shí)體建模出圖進(jìn)行深化設(shè)計的過程，其本質(zhì)就是進(jìn)行電腦預(yù)拼裝、實(shí)現(xiàn)“所見即所得”的過程。首先，所有的桿件、節(jié)點(diǎn)連接、螺栓焊縫、混凝土梁柱等信息都通過三維實(shí)體建模進(jìn)入整體模型，該三維實(shí)體模型與以后實(shí)際建造的建筑完全一致;其次，所有加工詳圖(包括布置圖、構(gòu)件圖、零件圖等)均是利用三視圖原理投影生成，圖紙中所有尺寸，包括桿件長度、斷面尺寸、桿件相交角度等均是從三維實(shí)體模型上直接投影產(chǎn)生的。

 三維實(shí)體建模出圖進(jìn)行深化設(shè)計的過程，基本可分為四個階段，每一個深化設(shè)計階段都將有校對人員參與，實(shí)施過程控制，由校對人員審核通過后才能出圖，并進(jìn)行下一階段的工作。
第一階段，根據(jù)結(jié)構(gòu)施工圖建立軸線布置和搭建桿件實(shí)體模型。導(dǎo)入AutoCAD中的單線布置，并進(jìn)行相應(yīng)的校合和檢查，保證兩套軟件設(shè)計出來的構(gòu)件數(shù)據(jù)理論上完全吻合，從而確保了構(gòu)件定位和拼裝的精度。創(chuàng)建軸線系統(tǒng)及創(chuàng)建、選定工程中所要用到的截面類型、幾何參數(shù)。
第二階段，根據(jù)設(shè)計院圖紙對模型中的桿件連接節(jié)點(diǎn)、構(gòu)造、加工和安裝工藝細(xì)節(jié)進(jìn)行安裝和處理。
在整體模型建立后，需要對每個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行裝配，結(jié)合工廠制作條件、運(yùn)輸條件，考慮現(xiàn)場拼裝、安裝方案及土建條件。
第三階段，對搭建的模型進(jìn)行“碰撞校核”，并由審核人員進(jìn)行整體校核、審查。
所有連接節(jié)點(diǎn)裝配完成之后，運(yùn)用“碰撞校核”功能進(jìn)行所有細(xì)微的碰撞校核，以檢查出設(shè)計人員在建模過程中的誤差，這一功能執(zhí)行后能自動列出所有結(jié)構(gòu)上存在碰撞的情況，以便設(shè)計人員去核實(shí)更正，通過多次執(zhí)行，最終消除一切詳圖設(shè)計誤差。

 第四階段，基于3D實(shí)體模型的設(shè)計出圖。
運(yùn)用建模軟件的圖紙功能自動產(chǎn)生圖紙，并對圖紙進(jìn)行必要的調(diào)整，同時產(chǎn)生供加工和安裝的輔助數(shù)據(jù)(如材料清單、構(gòu)件清單、油漆面積等)。節(jié)點(diǎn)裝配完成之后，根據(jù)設(shè)計準(zhǔn)則中編號原則對構(gòu)件及節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號。編號后就可以產(chǎn)生布置圖、構(gòu)件圖、零件圖等，并根據(jù)設(shè)計準(zhǔn)則修改圖紙類別、圖幅大小、出圖比例等。
所有加工詳圖(包括布置圖、構(gòu)件圖、零件圖等)均是利用三視圖原理投影、剖面生成深化圖紙，圖紙上的所有尺寸，包括桿件長度、斷面尺寸、桿件相交角度均是在桿件模型上直接投影產(chǎn)生的。因此由此完成的鋼結(jié)構(gòu)深化圖在理論上是沒有誤差的，可以保證鋼構(gòu)件精度達(dá)到理想狀態(tài)。

用鋼量等資料統(tǒng)計。統(tǒng)計選定構(gòu)件的用鋼量，并按照構(gòu)件類別、材質(zhì)、構(gòu)件長度進(jìn)行歸并和排序，同時還輸出構(gòu)件數(shù)量、單重、總重及表面積等統(tǒng)計信息。

通過3D建模的前三個階段，我們可以清楚地看到鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計的過程就是參數(shù)化建模的過程，輸入的參數(shù)作為函數(shù)自變量(包括桿件的尺寸、材質(zhì)、坐標(biāo)點(diǎn)、螺栓、焊縫形式、成本等)及通過一系列函數(shù)計算而成的信息和模型一起被存儲起來，形成了模型數(shù)據(jù)庫集，而第四各階段正是通過數(shù)據(jù)庫集的輸出形成的結(jié)果。可視化的模型和可結(jié)構(gòu)化的參數(shù)數(shù)據(jù)庫，構(gòu)成了鋼結(jié)構(gòu)BIM，我們可以通過變更參數(shù)的方式方便地修改桿件的屬性，也可以通過輸出一系列標(biāo)準(zhǔn)格式(如IFC、XML、IGS、DSTV等)，與其他專業(yè)的BIM進(jìn)行協(xié)同，更為重要的是幾乎成為鋼結(jié)構(gòu)制作企業(yè)的生產(chǎn)和管理數(shù)據(jù)源。這也正是鋼結(jié)構(gòu)BIM被鋼結(jié)構(gòu)制作廠家高度重視的原因。

在傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)制作管理中，往往用紙面、傳真、郵件等方式完成企業(yè)內(nèi)部，或設(shè)計單位與制作單位之間的圖紙和信息傳遞，效率受到很大影響，有時更會在傳遞時產(chǎn)生信息失真甚至丟失；同樣，企業(yè)內(nèi)部為更好地完成生產(chǎn)組織，必須依靠手工分揀、手工摘料和人工輸入等手段來完成圖、料信息源的收集，繼而完成材料采購清單、構(gòu)件清單、零件清單、下料加工清單、工藝路線卡、手工排版等信息的收集和計算，現(xiàn)在看來，這一切顯得冗長繁瑣和數(shù)據(jù)不精確，也成為后續(xù)工作變更的因素之一。